【摘 要】
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金属原子和非金属(如H、B、P、S、C等)原子组成的团簇具有特殊的电子结构和高熔点、高硬度、超导、润滑、细化及催化等特性,被广泛的应用于无机化学、材料科学等领域。H吸附在
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金属原子和非金属(如H、B、P、S、C等)原子组成的团簇具有特殊的电子结构和高熔点、高硬度、超导、润滑、细化及催化等特性,被广泛的应用于无机化学、材料科学等领域。H吸附在Ni,Pd等过渡金属表面的过程是催化、腐蚀、储氢等化学反应的主要步骤。过渡金属与氢的相互作用是材料科学中的一个基本的研究课题,氢与过渡金属镍团簇的结合在该领域具有一定的代表性。
本文利用基于密度泛函理论的第一原理方法,采用BLYP交换关联函数和缀加极化函数的双数值原子基组DNP,对镍氢混合小团簇进行了全电子的自旋非禁制的计算,作了以下两个方面的研究:
(1)NinH(n≤13)混合团簇的稳定结构和电磁特性的研究。
(2)NinH2(n≤9)混合团簇的稳定结构和电磁特性的研究。
对这些团簇的多种低能态同分异构体,进行了DFT水平上的几何优化,计算得到了NinH(n≤13)和NinH2(n≤9)团簇的基态结构及其近简并的同分异构体序列。
对NinH(n≤13)团簇的稳定结构进行分析,发现氢原子的结合方式随镍团簇的尺寸发生变化:当2≤n≤8时,氢原子偏向于桥位结合;当9≤n≤13时,氢原子最易面位结合。氢原子的加入使Nin的磁性发生了变化,除Nin(n=3,4)的磁性增强外,Nin(11=2,5-13)的磁性都减弱了。通过计算团簇结合能的二阶差分发现NilOH团簇具有较高的稳定性。
对于NinH2(n≤9)团簇,两个H原子最可能结合在Nin(n≤9)的两个邻位上,从而使一个Ni原子能与两个H原子成键。结合两个H原子后Ni7H2团簇的磁矩有大幅度的下降。通过计算团簇结合能的二阶差分发现:Ni7H2团簇相对于相邻数目的团簇来说更稳定,是幻数团簇。
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